将嵌入式传感器集成到安全鞋或户外鞋中，可以将普通鞋子转变为精确、非侵入性的诊断工具。通过将电子元件嵌入结构稳定的鞋底，这些系统可以在不改变自然运动模式的情况下进行连续的生物力学监测。这种集成可以保护精密部件，并确保传感器的测量轴保持一致，即使穿着者在不平坦的地形或斜坡上行走。
安全鞋和户外鞋的结构刚性为传感器提供了稳定的平台，能够在实验室外捕捉生态学上有效的生物力学数据，同时保护精密电子元件免受环境应力的影响。
坚固耐用鞋类的结构优势
确保测量稳定性
可穿戴监测的主要挑战是在动态运动中保持数据准确性。安全鞋和户外鞋具有柔软鞋类所缺乏的结构稳定性。
这种刚性确保传感器保持恒定的测量轴。即使在斜坡或不平坦的道路等复杂地形上，鞋子也能充当坚实的锚点，防止传感器相对于脚部移位。
保护精密组件
长期监测要求传感器能够承受恶劣环境。安全鞋的坚固设计为敏感电子元件提供了保护性外壳。
这使得能够集成精密组件，否则这些组件可能会因撞击或潮湿而损坏。因此，用户可以进行日常活动，而不必担心设备故障，从而确保不间断的数据收集。
实现生态学有效性
实验室步态分析虽然准确，但并不自然。通过将传感器移至穿着者的日常鞋履中，研究人员可以实现生态学有效性。
这意味着收集到的数据反映了身体在现实世界中的实际运动方式，而不是在跑步机或受控工作室中的运动方式。
扩展数据收集范围
捕捉地面反作用力（GRF）
脚是产生身体与地面之间相互作用力的主要接触点。配备力传感器或足底压力系统的专业安全鞋可以捕捉这些地面反作用力（GRF）。
这些数据对于职业健康至关重要。通过分析 GRF，系统可以预测关节运动学并估算腰部压力，为手动搬运过程中的安全规程提供科学验证。
心血管和生理监测
智能鞋履的功能已超越简单的计步。通过集成全身容积描记法（BCG）和地震容积描记法（SCG）传感器，鞋子可以捕捉身体产生的细微振动。
这些传感器可以监测深层生理参数，包括每搏输出量和心输出量。这种能力可以及早发现高强度训练者或高血压患者的高风险循环系统疾病。
实验室的移动替代方案
集成的压力传感器系统有效地充当了可穿戴移动平台。它们提供了一种低成本的解决方案，在许多应用中可以替代大型、昂贵的实验室动作捕捉设备。
理解权衡
集成复杂性
尽管有益，但嵌入传感器需要平衡鞋子的人体工程学与电子元件的体积。鞋子在容纳刚性电子元件的同时，必须保持舒适和减震。
数据解释挑战
从实验室转移到“野外”会引入环境噪声。虽然鞋子的稳定性在一定程度上缓解了这个问题，但在不平坦地形上收集的数据比在平坦实验室地板上收集的数据更复杂，分析起来也更困难。
为您的目标做出正确选择
为了最大限度地发挥嵌入式传感器技术的价值，请根据您的具体监测目标选择合适的鞋类类型：
- 如果您的主要重点是职业安全：优先选择带有力传感器的鞋子，以监测 GRF 并估算手动搬运任务中的腰部压力。
- 如果您的主要重点是临床步态评估：选择户外级鞋类，以确保轴稳定性，从而在不平坦的真实地形上收集有效数据。
- 如果您的主要重点是心血管健康：选择集成了 BCG 和 SCG 传感器的智能鞋履，以监测高强度活动期间的心脏负荷和循环风险。
真正的生物力学洞察不仅来自于传感器本身，更来自于它所依赖的平台的稳定性。
总结表：
| 特征 | 对生物力学监测的好处 |
|---|---|
| 结构刚性 | 在不平坦的地形上保持恒定的测量轴。 |
| 坚固外壳 | 保护敏感电子元件免受撞击和环境应力的影响。 |
| 力传感器 | 捕捉地面反作用力（GRF）以估算腰部压力。 |
| BCG/SCG 传感器 | 监测活动期间的心输出量和每搏输出量。 |
| 生态学有效性 | 在实验室环境外收集真实的运动数据。 |
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参考文献
- Johannes Pohl, Chris Awai Easthope. Accuracy of gait and posture classification using movement sensors in individuals with mobility impairment after stroke. DOI: 10.3389/fphys.2022.933987
本文还参考了以下技术资料 3515 知识库 .
